土壤斥水性研究进展

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的物理现象。土壤斥水性研究不仅有助于合理评价斥水性对生态环境的影响,而且能为当前水土流失问题的解决提供新思路。综述土壤斥水性理论的发展轨迹,展示各主要发展阶段的研究成果,阐述影响土壤斥水性的主要因子(火、土壤条件、植被因素),展望土壤斥水性研究的未来发展方向,以求为国内该方面的研究提供参考。     

不同树龄桉树林下土壤斥水性研究

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的物理现象,是土壤极为重要而普遍的物理性质之一。本试验选择15年、10年和5年生桉树林,采集并测定其林下表土层(1～5 cm)的土壤斥水性和含水量,并分析二者之间的关系。结果表明,随着桉树树龄的增加,土壤斥水性显著增强(P0.05);桉树林下自然含水状态土壤斥水性均高于风干土壤,其中在15年和10年生桉树林二者差异显著(P0.05);5年和10年生桉树林,同一树龄下土壤斥水与含水量显著负相关(P0.05),而15年生桉树林二者之间相关性不显著(P0.05)。     

岩溶地区不同土地利用方式下土壤斥水性的空间变化

以广西桂林市农业科学院大豆、甘蔗及梨树植被覆盖的土壤为例,研究不同土地利用模式下土壤斥水性的空间变化。通过对每个试验区面积为135 m×105 m的100个测量点应用滴水穿透时间法(water drop penetration time,WDPT)进行土壤斥水性测量,利用土壤含水量确定干旱(0.062±0.025)cm~3·cm~(-3)、中等(0.151±0.045)cm~3·cm~(-3)和湿润(0.237±0.086)cm~3·cm~(-3)的土壤水分条件。运用地统计方式,对土壤斥水性进行空间变化分析。结果表明:在干旱和湿润水分条件下,WDPT的大小均表现出梨树地最大,甘蔗地次之,大豆地最小,与土壤含水量和有机质大小的变化一致,但是在中等水分条件下,WDPT均值大豆地高于甘蔗地,同时3个试验区的滴水入渗持续时间都达到最大。土壤斥水性的地统计分析结果表明,在3种水分条件下,3个试验区的空间结构比基本上大于75%,空间相关性较强。在土壤斥水性的高阈值空间分布上,甘蔗地的稳定性比大豆地强,而梨树的空间分布稳定性最弱。研究结果说明人类的活动会对土壤斥水性空间稳定性产生干扰,但土壤本身仍具有恢复其空间分布稳定性的能力。     

基于核磁共振干湿循环影响下土壤斥水性分析

为探究干湿循环对土壤斥水性的影响,揭示斥水性随含水率变化内在机理,测定1～3次干湿循环过程中水滴穿透时间(WDPT)和不同含水率土壤核磁共振(T2)曲线,建立孔隙水分布与WDPT内在联系.结果表明,随土壤含水率增加,WDPT值先增后减;相同含水率下,吸湿过程WDPT值略高于脱湿过程;1次循环后,土壤斥水性出现大幅衰减(减小65％以上).含水率减小,T2曲线积分面积和峰值均随之减小;含水率低于17.1％时,T2曲线最大值明显减小.研究发现,干湿循环不会改变土壤斥水性对含水率的依赖;给定相对湿度下,孔径大于临界孔径rC的孔隙水同时开始蒸发,较大孔隙内水首先蒸发;孔隙内"填充气"变化是导致土壤斥水性对含水率依赖的主要原因.     

黄土高原苔藓结皮斥水性及其对火烧时间的响应

生物结皮是干旱和半干旱地区地表覆被的重要组成部分,可对土壤理化性状以及水土流失产生重要影响,其中土壤斥水性是一个重要方面。使用滴水穿透时间法、酒精溶液入渗法以及盘式吸渗仪法,分别测定了黄土区典型苔藓结皮和无结皮对照的斥水时间、斥水强度以及斥水系数,对比研究了苔藓结皮对土壤斥水性的影响。同时,对苔藓结皮进行了不同时间(15,30,45,60,90s)的火烧处理,分析苔藓结皮的斥水性对火烧时间的响应。结果表明:黄土区苔藓结皮的平均斥水时间为22.95s,斥水强度(酒精溶液临界浓度)为3%,斥水系数为2.66。与无结皮对照相比,苔藓结皮的斥水时间和斥水系数分别显著增加了12倍和14.6%。同时,火烧处理显著增强了苔藓结皮的斥水性,且火烧时间越长其斥水性越强。15,30,45,60,90s火烧处理后,苔藓结皮的斥水时间分别增加0.9,31.4,19.3,54.8,127.4倍,斥水系数分别增加8.9%、11.2%、21.2%、21.9%、28.9%。说明黄土区苔藓结皮具有较强斥水性,且火烧处理可使其斥水性进一步增强,因此在该地区土地利用和管理中应予以重视。     

煤矸石主要物理特性及在栽培基质中应用的可行性分析

针对煤矿区煤矸石堆积，污染环境，堵塞河道，易造成地质安全等问题，谋求将煤矸石用于栽培基质的主要物料和低产土壤的改良剂。基于煤矸石在栽培基质中应用的可行性为主要研究目标，分别以采自陕西彬县、神木煤矸石为材料，研究了煤矸石的比重、斥水特性及改良措施与效果，结果表明:彬县和神木两地的煤矸石比重分别为1.89 g·cm^-3和2.06 g·cm^-3；神木煤矸石具有轻微斥水性，掺混6.31%以上的农田耕层土壤就能达到消除斥水性的目的；而彬县煤矸石具有严重斥水性，需用0.2%的湿润剂溶液喷洒煤矸石，就能达到消除斥水性的障碍，且效果较为持久。由此得出结论是，就煤矸石的物理性状而言，尽管存在着不同的斥水性障碍，但通过一定的改良，就可具备在栽培基质中使用的可行性。     

重力驱动的水滴在土壤毛孔内非稳态运动研究

重力驱动下的水滴入渗是多孔介质特别是土壤中水分运移的一个基本问题,理论研究中常常用毛细管内的液塞(slug)运动来模拟。考虑前端液面的动态接触角效应,建立包含接触角参数的描述液塞非稳态运动过程的动力学模型,并对该模型进行了试验验证。应用该模型,研究多孔介质物理性质如斥水性、毛细管内径和液塞初始长度等参数对液塞运动过程的影响。结果表明:接触角的增加能显著影响毛管内液塞的下落速度,表明斥水性增加将显著降低土壤等多孔介质的导渗率;液塞在大管径毛管中平均速度较大,但能够到达的最终深度较小;相反地,液塞在小管径毛管中的平均下落速度较小,但能到达的最终深度较大。综合得出,在考虑孔隙结构统计分布的基础上,该模型可用于宏观入渗过程的模拟研究。     

土壤持水性能及影响因素

本文从能量学观点，对山东、浙江沿海潮土及滨海盐渍土进行了不同土水势条件下，土壤持水性与主要影响因素的相关分析和通径分析．结果表明：＜０．０２ｍｍ物理性粘粒与土壤盐分含量是影响土壤持水性的主要因素。其中，３０～５０ｋＰａ吸力下，土壤盐分含量起着决定性作用。     

水旱轮作对土壤物理性质的影响

水旱轮作对土壤物理性质影响的研究结果表明:渍水稻田水改旱后,土壤的三相组成、结构性、孔性、透水性、持水性和供水性明显改善,土壤逐步向旱地方向发展;而旱改水后,则上述土壤物理性状出现向水稻土方向发展的趋势。这种趋势在耕作层比犁底层更明显。     

生物炭及其对土壤环境的影响

综述了生物炭的基本特性、环境效应以及生物炭对土壤理化性质、微生物数量及种群结构多样性的影响。土壤中添加生物炭可以提高其对土壤水分和养分的吸附能力,并且增加土壤持水性和养分有效性,延缓肥料养分的释放,进而增加土壤保肥能力,提高养分利用率;生物炭的特性也为土壤微生物提供了栖息的场所和养分,从而提高土壤微生物的数量。不同生物炭类型所提供的碳源的差别,将会引起土壤微生物群落组成和多样性发生变化。最后,对生物炭研究过程中需要注意的问题进行了展望。     

干旱·半干旱地区生物结皮对植被演替的影响

干旱、半干旱地区土壤表层生物结皮的发育,改变了表层土壤的粗糙度和理化性质,其较高的持水性和对降水入渗的阻碍作用,改变了降水在土壤中的再分配过程,这不但影响土壤种子库中种子的组成和种子萌发,而且影响着上层植被的演替;生物结皮的形成和发育,使降水再分配过程浅层化,提高了浅层土壤水分的含量;而生物结皮对降水入渗的阻碍作用使深层土壤水分状况日益恶化,久之将导致区域内深根系植物的衰退,浅根系半灌木和草本植物得到发展,从而引起植被的演替。     

荒漠生态系统土壤呼吸速率对环境因子的响应

为探明环境因子与土壤碳释放之间的关系,利用LI-8100土壤碳通量自动测定仪监测塔里木河下游典型断面的荒漠河岸林群落土壤呼吸的变化动态,并同步观测植被盖度、地下水位、土壤特性及温度等相关因子的变化,分析其与土壤的关系。结果表明:1)在同一温度范围条件下,虽然土壤呼吸对温度变化有所响应,但温度不再是土壤呼吸作用的主要限制因子,根系和土壤微生物的生命活动很容易受到其他因素的影响和制约;2)监测区地下水对土壤呼吸速率存在一定的影响,地下水位越高土壤呼吸速率越小,地下水位越低土壤呼吸速率越大;3)植被盖度与地下水同时作用于土壤呼吸过程;4)在地下水的影响下土壤特性对土壤呼吸过程也存在影响。     

青海环湖地区草原土壤含水量及富集规律

【目的】研究青海环湖地区草原土壤水分运移与富集规律、土壤水分剖面分布模型、水分循环与水分平衡,揭示该地区土壤水库蓄水特点、土壤干层及其恢复条件,为该地区土壤水资源及草原植被保护、土壤水库建设和草原生态环境的可持续发展提供科学依据。【方法】利用轻型人力钻连续4年采取600多个土壤样品,采用烘干称重法测定土壤含水量。采用双环入渗法原位测定土壤入渗率,采用激光粒度仪分析土壤粒度,采用负压计原位测定土壤吸力。【结果】青海环湖地区的土壤剖面水分分布较为稳定,不论旱季还是雨季,约65%的水分富集在0-0.4 m土层中,0.6 m以下土层水分严重不足。该地区土壤吸力为0.17-0.42 MPa,土壤田间持水量为20%左右。0-0.4 m土层含水量一般为23%,大于田间持水量（20%）,故存在约3%的重力水;土层0.6 m以下含水量仅约为6.5%。该地区0.6 m以下土层一般发育有不同等级的土壤干层,且土层厚度越大干层发育越严重。该地区0.4 m以下土层水分含量与深度之间的关系可以用幂函数模拟描述,模拟函数的增量曲线表明,在2009-2011年降水累积增加约50 mm的条件下,土壤含水量的增加量由0.4 m深度的约5%逐渐降低到0.8 m深度的约3%,0.8 m以下土层水分增加量不足3%。该地区土壤入渗率为1.3-3.0 mm·min^-1,入渗率较高有利于降水向土壤水转化。该地区的土壤质地优良,但0.6 m以下土层含水量已接近或低于粉砂土无效水的含量（5%）。【结论】青海环湖地区气温低、土壤冻结期长,造成该地区土壤水分具有在土壤上部滞留和富集的突出特点。该地区土壤平均厚度不足1.5 m,导致该地区土壤水库的调蓄功能较弱。而土壤水分的上部滞留和富集增强了该地区土壤水库对浅根系草原植被的调蓄功能,并且具有抑制草原荒漠化发生的重要作用。青海环湖地区在2009-2011年降水量增加到400-420 mm的条件下,土壤水分表现出微弱的正平衡,薄土层中的土壤干层消失,而较厚土层中的土壤干层仍然存在。该地区土壤干层恢复速度很缓慢,恢复的水分增加量低于5%。土壤干层的发育和分布深度很小不仅指示出该地区生态系统较为脆弱,而且还指示出该地区不适于发展需水较多的乔木植被。     

生物炭基保水剂对土壤水分及油菜生长的影响

为考察生物炭基保水剂对土壤及作物的作用效果,利用自制的生物炭基保水剂,采用铝盒法和盆栽法探讨了不同种类保水剂对土壤持水保水性能及油菜生长的影响。结果表明:施用生物炭基保水剂可以有效提高土壤的持水保水性能,提高油菜的地上生物量及水分利用效率;生物炭基保水剂B作用效果最优,与对照相比,土壤饱和含水率提高13.54%,土壤水分蒸发速率降低31.98%,油菜地上生物量增加30%~50.1%,土壤水分利用效率提高56.7%~110.9%,本研究可为低成本、高效保水剂的开发及应用提供参考。     

荒坡地开垦种植蜜橘后对土壤主要物理特性的影响

测定了种植1年、2年、4年和6年的桔园内土壤含水量、容重、孔隙度、土壤温度、径流和渗流量，以探讨山丘陵地区栽种柑桔后对土壤主要物理特性的影响。结果表明．荒坡地开垦种植南丰蜜橘后．土壤含水量依次为1年园〉6年园〉2年园〉4年园；土壤容重呈现先降低后增高，然后又降低的变化；土壤非毛管孔隙度和总孔隙度的变化趋势则相反。不同处理径流流失养分量存在差异。以1年园最高，其它处理都低于对照区。荒坡地开发后，0—100cm渗流量随着种植年限增加而增加。研究表明，随着丘陵地区栽种柑桔，其土壤的土壤物理性状有所改善．水土流失得到有效控制，土壤蓄水能力有所提高。     

人工植被土壤水分状况与动态研究进展

20世纪80年代后，人工植被在干旱、半干旱、半湿润地区都出现了土壤干化现象，而集水造林对改善土壤水分亏缺具有良好的效果．人工植被的土壤水分动态研究主要集中在季节动态和垂直动态两方面，土壤水分的运动定量化研究取得了一定进展，目前，研究主要围绕饱和一非饱和条件下运动参数的确定．土壤干化评价指标、水分环境负荷量、特定条件下树种结构和密度设计等将是今后研究的主要方向．     

水土流失机理与模型研究进展

水土流失的本质是引起土壤理化性质变坏、肥力下降和土地利用率降低。它不仅造成土地资源破坏、土壤严重退化、水旱灾害频繁、生态环境恶化和失衡，而且直接威胁着人类的生存与发展。分别就土壤侵蚀机理与模型、土壤养分流失机理与模型及径流流失机理与模型等三个方面作了简单回顾与概述。一方面是对国内外的水土流失研究背景和进展状况有个大概了解，另一方面也更有助于今后水土流失研究工作的开展，为进一步制定水土保持方案和指导水土保持措施配置提供有力依据。